10년 후를 준비하는 정밀농업

[종주]

≪ 요 약 ≫

1. 녹색혁명의 성과와 한계

1944년말 미국 록펠러재단의 전문가들이 밀 생산성을 획기적으로 증대시키면서 시작된 녹색혁명은 1960~70년대 식량난으로 허덕이던 나라들을 구하는 공을 세웠다. 이 때부터 시작된 종자, 화학비료, 농약, 농기계, 수리시설의 발달 등은 현재 농업시스템의 근간을 이루게 된다. 그러나 최근 지구온난화 등에 의해 촉발된 식량위기로 녹색혁명의 한계가 드러나면서 그 대안으로 제시된 것이 정밀농업과 자원순환형 농업이다.

2. 10년 후의 농업모델, 정밀농업

그 중 정밀농업기술은 식량생산 한계나 환경보존의 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 부상하고 있다. 정밀농업은 논밭 내에 수분, 양분, 토양의 성질, 수확량이 서로 다른 지점이 존재한다는 사실에서 시작한다. 각 지점에서 요구하는 수분량, 양분량, 농약량 등을 필요한 만큼만 공급함으로써 남는 비료분이나 농약이 환경을 오염시킬 확률을 줄이고 작물에는 최적의 환경을 조성하여 생산성을 극대화하는 것이다. 관찰→처방→농작업→결과분석으로 이어지는 작업단계에 관여되는 기술로는 센서기술, 정보처리기술, 인공지능기술, 자동화 기계기술, 위치정보(GPS), 지리정보 시스템(GIS) 등이 있다.

3. 정밀농업의 현주소

정밀농업이 처음 시작된 미국은 현재 전체 농가의 40%가 전체 또는 일부 기술을 사용하고 있고 토양분석, 컨설팅서비스 전문회사들도 생겨나 성업 중이며, 독일, 덴마크 등 유럽에서는 정밀농업인증이 실시되고 있기도 하다. 우리나라와 비슷한 농업환경을 가진 일본에서는 벼농사 중심의 정밀농업기술이 1990년 중반부터 개발되어 현장에 보급되어 왔으며 최근에는 중국, 인도도 정밀농업 대열에 합류하고 있다.

4. 시사점

정밀농업이 우리나라에 자리잡기 위해서는 ① 단순한 기술이 아니라 미래의 농업시스템이라는 점을 인식할 필요가 있다. ② 정밀농업 관련 기술들은 농업에만 국한된 것이 아니라 정보, 기계, 전자 등의 업계에 새로운 시장을 제공할 수 있다는 점도 고려해야 할 것이다. ③ 또한 미국.EU 등과 우리나라는 지형이나 농업환경이 큰 차이가 있으므로 우리만의 독자기술 개발이 반드시 필요하다 ④ 마지막으로 일본, EU의 사례처럼 정밀농업 농산물에 대한 인증제도 등 정부의 지원책도 검토되어야 할 것이다.

Ⅰ. 녹색혁명의 성과와 한계

품종·농자재·농기계의 3박자, 녹색혁명

□ 녹색혁명은 1944년 말 미국 록펠러재단의 전문가들이 멕시코에서 밀 생산성을 획기적으로 증대시킨 것이 효시로 현대 농업의 근간

○ 1960년대 중반부터 미국을 중심으로 연구가 활발히 진행되었으며 식량부족으로 허덕이던 개발도상국들이 이를 적극적으로 도입

- 선진국의 적극적인 농업인프라 투자와 국제기구의 움직임이 맞물려 세계적인 문제이던 기아를 극복한 대사건

* 미국 환경학자 레스터브라운이 1960~1970년대 종자개량과 관개시설 개선, 농약 사용 등으로 식량의 대량생산 시대가 열린 것을 녹색혁명이라 호칭

○ 품종개량, 농기계와 화학비료의 보급, 관개시설의 확대를 통해 전 세계의 식량생산 증대에 기여

* 지난 50년(1950∼2000년) 동안 세계 인구는 143%가 증가한 반면, 세계 곡물 생산량은 6.5억에서 19억 톤으로 192% 증가

□ 현 농산업의 주류를 이루는 다수성 품종, 농약.비료 등의 농자재, 농기계 등의 대규모 상업화가 이때부터 등장하기 시작

○ 한 나라 안에만 머물던 종자, 비료.농약, 농기계 회사들이 전 세계로 뻗어나가게 된 계기

* 개발도상국에 대한 차관, 종자.식량.비료.농약 등의 무상제공 등이 이들 거대 다국적 기업에 의해 진행되었기 때문

제 2의 녹색혁명이 필요한 시기

▷ 녹색혁명이 현재의 식량위기를 초래했다는 주장이 각계에서 대두되면서 녹색 혁명의 역설(paradox)에 대한 대안이 필요하다는 시각이 등장 (2008, 동아일보)

- 70년대 이후 곡물생산량의 증가로 식량이 남아돌자 각국에서는 농업생산을 위한 투자를 감소시켰으며 이로 인해 생산성 둔화가 나타나게 되었다는 주장

- 미 농업부에 따르면 1960년대까지 연평균 10%씩 늘어났던 농업생산성은 1970~90년대에는 2%로, 90년대 이후는 1.1%로 감소되었다고 함

한계에 다다른 녹색혁명의 효과

□ 2000년대 들어 이상기상으로 인한 농작물 피해, 개발도상국들의 곡물소비량 증가 등으로 인해 식량부족 사태가 빈발

○ 전 세계적으로 식량부족 현상이 늘어나면서 돈만 있으면 언제든지 식량을 살 수 있다는 환상이 깨지기 시작

- 농업을 바라보는 시각이 단순 식량생산에서 한 국가의 운명을 좌우하는 생존의 문제로 바뀐 계기

* 2008년 영국의 경제전문지 이코노미스트는 2008년 이후 가장 호황을 누릴 산업으로 ‘농업’, ‘전자상거래’, ‘정보기술’ 세 가지를 선정

○ 선진국들 사이에서는 2008년부터 농업에 대한 투자를 확대하는 움직임들이 다시 시작되었음

2012년까지 선진국의 농업분야 투자확대 정책

▷ 식량자급률이 낮은 일본을 비롯하여 미국, EU에서는 1차적으로 농업 뿐 아니라 농업생산기반에 대한 투자를 강화하기 시작(농민신문, 2008)

- 일본 농림수산성은 ‘식량안전보장과’를 신설하고 식량자급률을 2015년까지 45%로 끌어올린다는 계획을 50%로 상향 조정

- 미국은 2008년 ‘미국농업법’을 통해 농가 소득보조 정책을 대폭 강화하고 2012년까지 3,070억 달러를 지원토록 규정

- EU 농업각료이사회에서 2007~2013년 집행할 새로운 농촌개발정책을 채택하면서 ‘유럽농촌개발기금’을 창설하여 투자를 확대

□ 산업혁명 이후의 경제성장 모델인 ‘개발우선주의’는 자연생태계의 자정능력을 떨어뜨려 지구 환경을 급속히 악화시키는데 일조

○ 이에 대해 세계는 1992년 리우선언을 채택하면서 친환경적인 농업, 지속가능한 농업으로 전환하는 전기(轉機)를 마련

○ 선진국에서는 친환경 농업을 ‘지속 가능한 농업’ 또는 ‘지속 농업(Sustainable Agriculture)’으로 정의하고 이에 대한 연구에 투자

새로운 대안들의 등장

□ 또한, 농업환경을 지속가능한 생산을 위한 기반으로 인식하고 비료, 농약, 물, 석유 등의 자원사용을 최소화하기 위한 노력도 시작

○ 현재의 과다한 농약, 비료 등의 사용은 수질, 토양오염 등을 초래하여 결국 농업생산기반을 해친다는데 의견이 일치

- 지속가능한 농업에 대한 개념이 성립되고 이를 활성화시킬 수 있는 친환경농업기술에 대한 요구가 높아짐

○ 농업과 환경을 조화시켜 농업생산을 지속 가능하게 하는 것을 목표로 경제성 확보, 환경보존 및 농산물의 안전성을 동시 추구

- 친환경, 유기농업 등이 각광을 받게 되었으며 선진국에서는 양분 종합관리(INM), 병해충종합관리(IPM) 등의 개념을 수립

* INM; Integrated Nutrient Management(작물양분종합관리), IPM; Integrated Pest Management(병해충종합관리)

□ 국제기구와 선진국에서는 유기농업보다 폭넓게 적용가능한 정밀 농업과 농업생태학의 두 가지 측면에서 접근

○ 유기농업은 생산성을 유지하면서 대량, 대면적 재배에는 적용이 힘들기 때문으로 현재 유럽의 유기농경지 비중은 7% 내외

- EU, 미국 등은 농업 전체에서 유기농업이 차지하는 비중의 최종 목표를 10~15%로 보고 있으며 나머지는 정밀농업으로 충당할 계획

지속가능한 농업은 유기농업인가?

▷ 유기농업은 지속가능한 농업의 한 부분으로 화학물질 과용의 폐단은 강조되어 있으나 농업의 생산성이나 경제성은 충분히 고려되어 있지 않음

- 최근 지속농업의 정의는 ‘식량과 섬유의 충분한 생산’, ‘환경과 자연자원의 질을 높일 것’, ‘자연생태계의 순환과 조절기능을 활용’, ‘농업경제의 건전성을 향상’, ‘농민과 전체 주민의 생활의 질을 향상시킬 것’으로 규정(미국 농업법 1990)

기술적 해결

정밀농업

□ 정밀농업은 80년대 중반에 시작된 최적 시기, 최적 지역, 최적 생산 방식을 동시에 고려한 농업생산시스템 연구에서 탄생

○ 한 필지 내에서도 농경지의 특성에 따라 비료량을 조절하여 작물을 균일하게 키울 수 있도록 하는 기술이 출발점

- 1990년대 중반 인공위성을 이용한 위성항법장치(GPS)가 상용화되면서 정보와 기계를 결합한 정밀농업으로 발전

□ 정밀농업은 선진국을 중심으로 1990년대부터 집중적으로 연구되기 시작한 해결방법으로 기술, 경영, 과학이 결합된 것이 특징

○ 정밀농업은 센서(Sensor), 정보시스템, 기계, 정보관리 등의 다양한 기술이 융복합된 농업생산시스템

- 생산 지역과 개별 가축, 주변 환경과 여건 등을 고려하여 비료, 물 등의 사용량을 조절함으로써 자원을 효율적으로 이용

* 이미 비료 성분이 많은 곳은 적게, 비료 효과가 잘 나타나지 않는 곳은 많이 주는 식으로 위치특성을 고려하여 자원의 투입량을 조절

○ 적절한 수확량과 품질을 유지하면서도 환경적으로 안전한 생산 체계를 만들 수 있으며 정보화.기계화가 가능

- 농장에서 식탁까지 모든 작물의 생산에서 수확, 유통과정의 정보관리 등을 통해 변화하는 시장여건에 대한 대응력도 향상

정밀농업 기술이 활용되고 있는 분야

▷ 현재는 컴퓨터가 일반화되고 관련 소프트웨어가 개발되면서 농업용 차량, 시설 및 공정 자동화, 식품이력관리 등으로 확산(2010. 2, Science)

- 포도재배, 원예와 과수, 가축생산, 초원과 잔디관리에 이르기까지 다양하게 분화되고 있으며 탄자니아와 스리랑카의 차(茶), 브라질의 사탕수수, 아르헨티나, 호주, 유럽의 곡물 생산 등 다양한 작물에 성공적으로 적용

환경적 해결

농업생태학

□ UN과 NGO가 채택하고 있는 방법으로 환경보호와 농업생산 효율을 높일 목적으로 도입

○ 유엔의 식량권 특별조사관 Oliver de schutter가 주장한 방법으로 농생태학적으로 안전한 농법에 투자하자는 주장

- 농업생태학이란 비료 등의 외부 투입재에 의존하기보다는 영양분과 에너지를 농장이라는 작은 생태계 안에서 순환시키는 방법

* 국내에서는 자원순환형 농법으로 불리고 있는 방법으로, 작물과 가축을 활용하여 균형잡힌 지역 생태계를 구축한 사례를 제시

쿠바의 자원순환형 농법 사례

▷ 소비에트연방 붕괴 후 비료, 농약과 연료 수입의 70%와 가축수입의 50%를 잃어버린 쿠바의 자생적인 생태농업 사례(2012, REUTERS)

- 물의 순환 원리를 이용하여 뿌리깊이가 다른 작물을 심고 땅 표면은 수분증발을 억제하는 식물이나 잘 숙성된 가축분뇨로 덮어 수분의 증발을 억제

- 가뭄에 잘 견디는 품종을 선발하여 심는 단순한 방법으로 가뭄의 위협을 해소하고 자연자원을 최대로 활용하여 작물 생산을 증가시킨 생태농업을 정착

* De schutter는 ‘농업생태학과 식량권’(Agroecology and the Right to Food)이라는 보고서에서 잠재력이 있다고 판단된 286개 프로젝트 사례를 인용

□ 유엔환경프로그램(UNEP)와 유엔무역개발회의(UNCTAD) 등에서 폭넓은 지지를 얻고 있으며, NGO에서는 공정무역과의 연계도 시도

○ 농업생태학적 방법은 정부가 종자와 화학비료업체에 의존하지 않고 문제를 해결하는 방법이라는 점에서 개도국 사이에 확산

* 영국의 ‘환경과 개발을 위한 국제연구소’(IIED)의 Michel Pimbert 팀장은 농업생태학적 접근은 규모나 기후지대에 상관없이 적용이 가능하다고 주장

○ 미국의 CAN¹⁾은 중앙아메리카에서 농업생태학적 기법으로 생산한 커피를 미국 내에 판매하는 네트워크를 구축하여 공정무역을 실현

1) CAN : Community Agroecology Network

Ⅱ. 10년 후의 농업모델, 정밀농업

단순한 기술이 아닌 새로운 농업철학

□ 현대의 농업이 직면한 고투입·다수확 농법의 한계를 극복할 수 있는 새로운 패러다임이자 자연친화적인 본래 특성을 반영한 철학

○ 비료, 농약, 물 등의 자원을 집중적으로 투입하여 관리하는 현재 농법으로 인해 일어나는 문제들의 대안으로 부상

- 고투입된 자원들로 인해 발생하는 수질오염, 염류집적 등의 문제를 해결하면서 생산성을 높이는 과학기술이 뒷받침

○ 단순한 기술들의 집합이 아니라 10~15년 후에는 식량을 충분히 공급하면서 환경과 공존하는 산업으로 바꾼다는 철학이 반영

* 미래의 농업은 열악해진 농업환경 하에서도 적은 인력으로 안정적으로 식량을 생산할 수 있는 자동화된 산업이 될 것으로 예측(美미네소타대)

□ 본래 농업은 자연에서 시작되어 자연의 산물을 이용하여 키우고 자연으로 돌려보내는 순환구조를 가진 산업이라는 데서 출발

○ 기존 농업의 틀을 유지하면서 저투입, 고생산성을 달성할 수 있는 농업 관련 과학기술이 총집결되어 탄생

- 대안으로 대두되었던 친환경농법, 유기농법, 자연농법 등은 까다로운 조건, 노동력, 생산성 등의 이유로 확산되지 못함

정밀농업 명칭의 유래

▷ 정밀농업(Precision Agriculture, Precision Farming)의 명칭은 1997년 6월 美 미네소타대학에서 열린 국제농업회의에서 통일

- 그 전까지는 Site-Specific Crop Management(장소대응형재배관리), Environmentally

-Friendly Farming(환경친화적 농업), Farming by Soil(토양보전농업), Farming by the Foot(足本농업) 혹은 Prescription Farming(처방농업)이라고 불렸음

정밀농업의 출발점

□ 정밀농업이란 비료, 농약, 물 등을 필요한 때, 필요한 장소에 요구량만큼만 사용하도록 기술적으로 뒷받침 하는 농업

○ 동일한 경작지 내에서도 위치에 따라 토성(土性), 토질(土質), 물 빠짐, 잔존 비료량 등이 다르다는 것에 착안

- 위치마다 다른 점이 충실히 반영된 농법(site-specific farming)으로 기존에 농지 전체에 골고루 살포하던 방식과는 완전히 다름

□ 농경지를 구역화하여 위치 특성에 맞도록 관리할 뿐만 아니라 자동화된 농기계를 통해 노력도 감소시킬 수 있다는 것이 특징

○ 사전 조사를 통해 토지구역별로 차이점을 찾아내고 이에 맞도록 물(관수), 비료(시비, 施肥) 등을 세밀하게 차별하여 키우는 것

* 물을 예로 들면 토양이 좋지 않아 진땅에는 관수량을 줄이고, 물 빠짐이 좋은 땅은 관수간격을 늘린다면 최소의 투자로 최대의 성과를 올릴 수 있음

○ 아울러 노동력을 최대로 줄일 수 있도록 농기계를 이용하되 농기계도 스스로 판단하도록 만드는 기술도 포함

* 원리를 몰라도 핸드폰을 사용하는데 지장이 없는 것과 마찬가지로 사용된 기술은 복잡하지만 정작 사용자는 리모콘식으로 간단히 조절할 수 있도록 개발

우리나라 논의 구획별 벼의 생산성 차이는 얼마나 될까?!

▷ 논 0.9ha를 가로 12.5m, 세로 10m의 구획으로 나누어 평방미터당 수확량을 조사한 결과, 최고 601g~최저 341g로 76%의 차이가 발생 (농촌진흥청, 2010)

정밀농업의 시작과 발전

□ 미국에서 최초로 개념이 정립되고, 현재 판매되고 있는 관련 제품이나 서비스, 학술연구 등도 미국을 중심으로 성장

○ 1929년 일리노이대학의 린슬리(Linsely)와 바우어(Bauer)가 최초로 오늘날의 정밀농업의 탄생을 예고

- 경작지를 비슷한 특성을 가진 구획으로 세분화해서 관리하면 농자재 투입량을 줄일 수 있다고 주장

○ 정밀 농업의 필요성이 문제제기 수준에서 그치다가, 70년대 후반부터 현장에 적용이 가능한 수준으로 환경이 조성되기 시작

- ’70년대 말 미네소타의 센트롤(Centrol)이라는 벤처기업이 토양과 작물에 대한 정보를 농사에 본격적으로 이용하기 시작

- ’85년에는 비료의 양을 조절하는 기계, ’92년에는 수확량 측정기, ’95년에는 지구위치시스템(GPS)의 상업적 이용이 가능해짐

○ 현재까지, 록웰, 애그리더, 트림블 등의 업체들을 중심으로 보다 다양한 정밀농업 관련 기술과 서비스들이 개발되어 판매 중

- GPS와 수확량 측정기가 결합된 제품이 출시되고, 이런 장치들이 농작업용 트랙터에 부착되어 판매

* 미국의 세계적인 농기계 회사 앨디어는 연간 생산되는 100마력 이상의 트랙터 중 80% 이상이 수확량모니터와 GPS가 기본사양으로 장착된다고 보고

정밀농업의 미래 모습은?!

▷ 잡초만 찾아서 제초제를 뿌리는 동력분무기가 등장하는 등 작물을 자동으로 판별하는 시스템이 도입되며, 지금처럼 거대 농기계가 일을 하는 것이 아니라 무인의 소형 농기계가 인간을 대신할 것(’09, GRDC)

- 이외에도 위성을 이용하는 내비게이션 시스템이 보다 정밀해지고, 정밀농업용 장비와 데이터의 표준화(ISOBUS)가 빠른 속도로 이루어질 것

확산일로에 있는 정밀농업 관련 기술

□ 최근 과수, 축산까지 정밀농업의 적용범위가 확대되고 있으며, 이와 관련한 다양한 기술개발이 진행 중

○ 원예작물의 경우, ‘80년대 중반부터 정밀농업을 적용하는 논의가 이어졌고, 생산뿐만 아니라 수확후관리 분야 기술도 개발

- 기계화된 토양 샘플링, 해충 추적 기술 등이 이미 적용되고 있고 수확할 때 실시간으로 수확량 측정이 가능한 기기도 탄생

- 유통과정에서 최상의 품질을 유지할 수 있도록 하는 온습도 및 공기 제어 센서가 구비된 실시간 관리 시스템을 구현

과수원에 적용하는 정밀농업, 구체적인 모습은?!

▷ GPS와 전기전도도(EC)를 이용한 토양의 상태를 측정하는 것은 기본, 로봇 비전 시스템이라는 것을 이용해 과일나무에 달린 과일의 수확량도 파악

- 나무의 건강상태를 파악하면서 나무의 높이, 재식밀도에 맞추어 필요한 곳에만 농약을 뿌리는 분무기가 적용되고, 진공청소기의 원리를 이용한 흡입식 열매 따기 기계도 출현(’10, Nuffield Farming Scholarships Trust)

○ 정밀축산은 기존의 군집(群集)식 관리방식을 벗어나, 정보(IT) 기술을 이용해 가축을 개별 두수(頭數) 단위로 관리하는 것

- 가축의 나이에 따라 도태하던 방식에서 재생산 능력과 폐사율, 육질, 가축건강 등의 자료에 기초한 도태로 우량가축을 생산

- 전자식별(EID) 등의 기술을 이용하여, 가축 개개의 혈통, 건강 상태 등을 파악해 질병의 확산을 조기에 막는데 효과적

정밀농업의 작업단계와 단계별 기술들

□ 정밀농업은 관찰(조사) → 처방(분석) → 농작업 → 결과분석단계로 이루어지며, 단계별 요소 기술들이 필요

○ (관찰) 농경지의 토양, 작물, 수확량 상태를 조사하여 기초정보를 만들어 내는 단계로 센서기술, 토양분석기술 등이 필요

○ (처방) 센서기술로 얻은 정보를 기반으로 비료, 농약의 알맞은 투입량 등을 결정하는 단계로 농학, 정보처리학이 필수

○ (농작업) 최적으로 판단된 정보에 따라 적재적소에 필요한 양의 농자재를 투입하는 단계로, 기계공학, 센서 기술이 관여

○ (결과분석) 작업 후 다시 모아진 정보와 추가 수집된 정보를 근거로 농지, 작물, 작업계획을 수정·보완

※ 정밀농업학계에서는 요소기술을 센서기술, 의사결정기술, 변량처방기술, 기반기술로 나누고 있으나 본지에서는 이해를 돕기위해 현장작업순서에 따라 설명하였음

관찰	기초자료 수집·조사

□ 농경지의 환경 차이를 파악하는 것에서 시작하여 파종, 재배, 수확의 과정까지 다양한 농경지와 작물 정보를 수집하는 센서가 필요

○ 토양센서는 토양의 특성과 영양 상태를 신속·정확하게 측정하는 장치로서, 비료를 얼마만큼 뿌릴지를 결정하는 데 활용

- 토양의 전기전도도(EC)를 이용하여 토양 영양 상태를 측정하는 토양 EC센서는 질소 살포량 결정에 활용

* 농촌진흥청은 땅을 파지 않고 5초 만에 토양의 염류 집적 정도를 손쉽게 측정할 수 있는 ‘휴대용 토양 전기전도도 센서’를 2010년 개발

- 전기전도도 이외에도 토양의 수분함량, 토양의 성질(모래, 진흙 등) 등을 파악하는 센서도 이용

○ 생육센서는 작물의 건강상태 등 성장의 모습을 측정하는 장치로, 토양정보와 합쳐져 생육장해를 해결하는 처방에 활용

- 식물 잎의 엽록소 농도를 측정하여 식물의 영양 상태를 알아내고, 이를 이용해 부족한 비료의 양을 판단

- 논, 밭에 고정식으로 설치하는 것과 인공위성에서처럼 특정 파장의 광(光)을 탐지하여 영상으로 만드는 것 등 종류가 다양

개발도상국에서도 정밀농업이 가능하다?!

▷ 중국, 인도, 아프리카는 농가당 땅의 면적도 작고, 정밀농업을 도입하기 위한 기계화, 첨단기술도 부족해 소규모 농가는 엄두도 못 내던 것이 현실

- 미국농학회(ASA)와 토양과학회(SSA), 국제미작연구소(IRRI)등의 국제적인 공조(共助) 결과, 현지 환경에 맞춘 다양한 기술들을 개발

- 토양의 비옥도를 측정하기 위해, ‘탁상용 토양시험기’를 개발.공급하였고 작물의 생육상황을 확인하기 위한 1만 달러가량의 엽록소 센서도 ‘저가형 모델(포켓 센서)’을 개발(’12, CSA News)

○ 수확량센서는 수확과 동시에 실시간으로 농경지별 수확량을 측정하고, 이를 토양정보 등과 통합하여 차년도 작업 결정에 활용

* 농촌진흥청은 ‘07년 콤바인에 부착하여 벼 수확과 동시에 수확량과 벼의 수분함량을 측정할 수 있는 시스템을 개발, 수확량 예측과 건조작업에 활용

○ 그 외에도 최적의 환경에서 농산물을 저장할 수 있도록 하는 온습도 센서, 균이나 오염을 확인할 수 있는 바이오센서 등도 존재

* 바이오센서는 생물의 다양한 반응 작용에서 나타나는 전기적 변화를 감지하는 센서로 주로 병해충예찰에 많이 쓰임

* 일본 도쿄 공과대학은 ‘04년 ‘토양 진단용 바이오센서’를 개발하여 농경지에 발생하기 쉬운 병원균들은 사전 진단하는데 이용

□ 원격탐사는 넓은 면적에서 자라는 작물의 상태를 측정하기 위해 인공위성, 비행기 등에 센서를 탑재하여 정보를 얻는 기술

○ 여러 가지 파장의 빛이 반사되는 정도를 센서에서 측정하여 작물의 생육 상태 등을 측정

- 측정된 수치를 식생지수(NDVI)²⁾법으로 해석하면 수확시기, 영양 상태, 수확량 예측이 가능

* 식생지수는 식물의 정보 취득 외에도, 토양 피복 변화 측정을 통한 황사 발원지 모니터링, 가뭄 모니터링 등에도 활용

* 멀리 떨어진 곳에서 센서를 이용하여 필요한 정보를 수집·이용한다고 하여 원격탐사(Remote Sensing)이라 부름

2) 식생지수(NDVI)는 클로로필이 흡수하는 적색광(Red) 파장과 반사하는 근적외(NIR) 파장의 차이를 이용하여 산출하며 값이 높을수록 식생의 활력도가 높다는 의미

처방

수집정보의 분석

□ 센서를 통해 수집된 농경지 정보들을 지리정보와 결합한 후 분석하여 비료나 농약 등의 처방을 결정하는 단계

○ 전자지도의 개발과 이용을 위해서는 위치와 정보를 결합하여 지도로 표현하는 지리정보시스템(GIS³⁾) 기술이 필수

* 컴퓨터에 저장된 위치 및 속성 자료를 활용하여 속성별 주제도를 만들 수 있으며, 분석된 토양의 성질, 비료량 등을 표기하여 이용하는 것도 가능

○ 농경지가 위치한 곳의 정보가 입력된 전자지도와 토양의 성질(土性), 비옥도 등이 입력된 다양한 전자토양도가 필요

- 정밀농업을 시행하고 있는 선진국의 경우 지적도, 토양도, 지질도 다양한 전자지도를 구비하여 다양한 목적에 이용

* 종이지도를 단순한 그림이라고 한다면 전자지도는 그림 내에 위도, 경도, 해발 고도 등의 정보가 모두 들어가 있는 정보의 종합체

- 정확한 정보를 위해서는 실제 현장에서 토양이나 식물체를 조사하여 전자지도와 컴퓨터에 입력하는 작업도 필요

○ 컴퓨터를 이용하여 수집된 정보를 토대로 비료, 농약 등을 농경지 위치 및 상황에 맞게 처방

* 처방은 인간의 지능으로 할 수 있는 사고, 학습, 판단, 추론 등을 컴퓨터가 특별한 알고리즘에 따라 독자적으로 수행하는 기술인 ‘인공지능’이 활용

운전면허 취득한 똑똑한 기계 ▷ 구글의 무인자동차, 애플의 음성지원 소트프웨어 ‘시리’ 같은 인공지능 기술을 적용한 똑똑한 기계들이 시장에 속속 등장 - 인간과 비슷한 수준의 지능 시스템 개발을 목표로 전문가 시스템, 인공 신경망 등 다양한 연구가 진행(‘12, LGERI 리포트)

3) GIS(Geographic Information System, 지리정보시스템)은 지리좌표와 결합된 공간정보를 효과적으로 취득, 입력, 저장, 분석 처리하여 가치 있는 정보로 유용하게 활용하기 위한 시스템

농작업	처방에 따라 자동화 농기계로 작업

□ 농작업단계에서는 토양, 생육, 수량 등이 좋은 곳과 나쁜 곳을 진단한 결과를 토대로 비료, 종자, 농약 등을 적재적소에 적량 투입

○ 작업의 특성상 자동화된 농업기계가 널리 활용되며 기존과 달리 다양한 첨단기기가 탑재된 것이 특징

- 완전히 자동화된 농기계는 시험단계로 아직까지는 트랙터, 콤바인 등에 설치된 모니터를 통한 작업자의 확인이 필요

○ 대표적으로 이용되는 작업경로 유도시스템은 농기계가 포장 내에서 최적의 작업경로로 이동하도록 안내해주는 도우미

- 시비, 방제, 파종 작업 시 중복을 방지하고 최적의 작업경로로 유도함으로써 작업 능률을 높이고 농자재를 절감

○ 작업 기계는 공간정보와 속성정보(농자재의 필요량 등)에 따라 비료, 농약, 씨앗 등을 적재적소에 필요한 만큼 투입

- 필요한 곳에 필요한 만큼의 양을 조절하면서 투입하기 때문에 변량처리(Variable Rate Application)라고 부름

* 미리 정보가 입력된 처방지도를 기반으로 작업하는 기계에서 최근 정보를 실시간으로 측정하여 그때그때 최적의 처리를 수행하는 기계까지 개발

- ‘94년 입제비료 변량살포기가 개발된 이후, 변량방제기, 잡초가 있는 곳에만 제초제를 살포하는 스폿살포기 등이 세계적으로 보급

결과분석	작업정보 축적 및 차기계획 반영

□ 결과분석단계에서는 새로 수집된 정보를 기반으로 차년도 농장 운영계획을 세우는데 반영

○ 과거 손으로 써오던 농사일기가 자동적으로 기록되는 셈으로 해가 지날수록 정보가 정밀해지는 것이 특징

○ 이 단계에서는 기기와 프로그램의 성능을 향상시키는 등 현재 농한기에 해야할 일들이 포함

* 센서, 기기의 손상, 부정확한 동작 등의 원인을 파악하고 이에 대한 수리나 프로그램의 업데이트 등을 통해 정밀도를 향상

그 외 정밀농업 지원기술들

□ 제어기술은 농작업의 속도 및 효율을 높이고, 온습도 및 이산화 탄소의 공급량 등을 일정하게 조절하도록 명령하고 관리하는 것

○ 농기계 작업시 입력된 정보에 따라 효율적으로 작업하도록 구동방식을 조절(제어)하는 기술로 로봇기술 등에 널리 활용

* 식물의 생장에 적합한 광원 제어, 공기 환경 제어, 자동공정과 로봇 등에 의한 무인관리 및 원격관리 기술 등도 포함

□ 정보네트워크 기술은 제어시스템에 정보통신기술의 총아인 인터넷이나 무선통신기술을 접목하여 감시 및 제어에 이용

○ 온실이나 저온저장고의 환경변화 감시·제어 시스템, 이상고온, 병해충 발생, 외부 침입자를 알려주는 경보시스템 등이 해당

사물인터넷(IoT, Internet of Things)의 탄생

▷ IBM은 각종 센서, 카메라, 자동차 등 사물로 일컫는 디바이스들이 인터넷에 직접 연결되기 시작한 시점을 사물인터넷의 탄생 시기라 칭하였음

- 온습도센서와 같은 사물인터넷 센서가 스스로 대기 중이나 토양환경을 측정한 후 농부에게 정보를 제공함으로써 정밀농업 실현에 기여

Ⅲ. 정밀농업의 현주소

세계의 정밀농업

□ 미국은 농자재 절감과 수익증대에서 환경보전 효과까지, 그리고 옥수수, 콩 등의 재배에서 과수와 채소 생산까지 확대

○ 선두주자인 미국은 옥수수, 콩, 밀 등의 작목을 중심으로 현장 적용이 보편화 돼 있어 정밀농업 농가 비중이 40% 가까이로 추정

* 최근 고정밀도 GPS를 이용한 무인주행 농작업과 실시간 센서 개발, 그리고 정밀농업 농산물의 생산이력을 관리

○ 전문 컨설팅회사가 등장하여 농업인들의 요청에 의해 농장의 구획별 토양 검정, 변량 시비를 위한 지도 등을 서비스

* 1994년 컨설팅을 시작한 미주리 주의 MFA는 ‘07년 25만 에이커의 계약 면적을 대상으로 컨설팅을 하여 300만 달러 매출을 달성(’08. 11, 매일신문)

농자재 절감과 수익 향상, 일석이조(一石二鳥)

▷ 미국 아이오와의 농가(530ha)에서 수확량과 토양조사를 통해서 비료와 농약을 농경지 맞춤형으로 살포한 결과, ha 당 15~17달러의 농자재 비용을 절감

- 수익 향상의 주요인은 생산량 증가, 품질 향상, 투입 농자재 감소 등이고, 작물별로는 사탕수수, 콩, 옥수수, 밀 순서로 효과가 큼

□ 유럽은 다양한 수준과 규모의 농업형태만큼 시행방법이 다양하며, 농사 정보의 자동 취득과 DB화의 중요성에 집중

○ 포도 생산 계획과 모니터링, 항공방제용 살포 지도, 품질관리를 위한 GIS 구축, 인공위성 영상을 이용한 병해충 예찰 등의 연구 진행

○ 독일은 수확량과 토양 지도를 구 동독 지역의 대단위 집단화 농장에 적용하여 환경보전과 수익성을 개선

○ 덴마크는 정밀농업 적용 농가에 품질관리 국제기준(ISO9002), 환경관리 국제기준(ISO14001) 인증을 제공하는 등 인프라를 구축

□ 일본은 벼농사 중심의 정밀농업 센서와 작업기 개발을 대학과 정부 기관을 중심으로 추진하고 있으나 과수 부문은 취약한 실정

○ 콤바인 부착용 수확량 모니터링 시스템, 비료 변량 살포장치, 토양샘플러, 생육량 측정센서, 트랙터 부착형 토양센서 등을 개발

○ 소규모 농경지로 구성이 되어 있어, 여러 농가의 필지를 마을단위, 농협단위로 공동 운영하는 정밀농업의 새로운 형태를 추진

일본의 벼 재배 정밀농업 적용 사례

▷ 벼 재배 180 농가(평균면적 25a)를 대상으로 토양분석 및 비료 살포량 지도를 작성하고, 2년째부터 수확량 데이터에 근거한 살포량을 결정

- 포장 간 벼 품질 변이가 20~30% 감소, 비료 투입량은 약 13% 감소, 대단위 면적의 작업 관리로 생산비 절감 등의 효과가 발생

□ 세계 비료 소비량의 60~70%를 차지하는 개도국에서도 비료와 물의 이용 효율을 높이기 위해 정밀농업을 도입하기 시작

○ 아시아의 소규모 벼농사 농가는 휴대전화로 쌍방향 음성응답 시스템에 연결하여 위치특성맞춤양분관리(SSNM) 서비스를 이용

* SSNM은 현재 필리핀에서 운영 중이며 인도네시아, 방글라데시, 인도, 중국, 그리고 나아가 서아프리카로 전파될 예정

○ 중국은 1999년부터 정밀농업 계획을 수립, 농업 경영 규모나 재배 작물이 비슷한 미국의 정밀농업 기술을 도입하여 추진

* 미국과 유럽에서 수확량 모니터를 도입하여 사용하고 있으나, 가격이 너무 비싸 비료변량살포기와 수확량 모니터링시스템을 독자 개발 추진 중

○ 인도는 정밀 레이저 레벨기술을 이용하여 농지를 평평하게 고르고 토양 검사를 바탕으로 비료를 고르게 살포하는 방식을 도입

* ‘11년 우타르 프라데시 주의 밀 재배농가에서 이 방식을 적용한 결과 밀 수확량이 300% 가까이 증가하는 효과를 거둠

우리나라의 정밀농업

□ 우리나라는 1999년 농촌진흥청에서 한국농업기계학회와 공동으로 개최한 정밀농업 국제심포지엄이 최초

○ 2001년 8월 정밀농업연구회가 창립되었으며 농촌진흥청과 대학이 공동으로 연구를 추진해오고 있음

* 농촌진흥청에서는 2004년부터 위성탐사자료를 활용한 벼의 생육분석연구가 시작되었으며 2007년에는 세계최초로 농업토양정보 웹시스템을 완성

□ 기술적으로는 전자토양지도, GIS, GPS, 원격탐사에 의한 작물생육 조사시스템 등 실행가능한 기반은 갖춘 상태

○ 전자토양지도, GPS를 활용한 무인작업기술, 자율주행농기계, 각종 센서정보의 종합관리시스템은 현재 개발된 상태

- 중요한 점은 미국과 같은 대면적농장이 적어 미국, EU 등과는 전혀 다른 한국형시스템이 필요

* 일본에서 벼 재배에 도입한 결과 나고야시 인근의 도요하시市에서는 실패, 난탄(南丹)시 야기(八木)지역은 순조롭게 되는 등 편차가 큰 것으로 보고

□ 2006년부터 평택시에서 벼를 대상으로 정밀농업기술이 시범적으로 운영되고 있으며 국내에서 개발된 기술이 모두 투입

○ 평택시에서 전략적으로 추진하고 있는 ‘유비쿼터스 기반의 정밀 과학농업 추진’의 일환으로 실시

우리나라 정밀농업 구현 1번지, 평택시

▷ 평택시에서는 지역환경을 보존하면서도 쌀의 품질과 생산성을 높이기 위해 전략적으로 정밀농업을 도입

- 국내 첫 시범지역으로 국내에서 개발된 모든 기술과 두뇌들이 모두 투입되어 아직 초기지만 평택산 쌀값이 높아지는 등의 가시적인 성과가 생산

- 2009년에는 정밀농업 품질과 환경경영에 관한 국제인증을 동시에 흭득

Ⅳ. 시사점

하나의 기술이 아닌 차세대 농업시스템으로 보는 것이 중요

□ 정밀농업은 10년 후의 농업이 어떤 모습인가를 보여주는 모델로서 환경보존과 생산성이 양립할 수 있다는 것을 제시

○ 안정적인 식량확보와 안전한 농산물의 생산을 위해서는 반드시 필요

- 품질은 높이고 생산비는 절감함으로써 소비자와 농업인이 서로 윈-윈 할 수 있는 가장 좋은 기술적 대안의 하나

□ 정밀농업에서 파생된 기술들은 자동차의 네비게이션 사례를 보듯이 가전, 전자, 기계 등 관련 산업에 경쟁력을 더해줄 전망

- 세계 최고 수준의 정보처리기술, 인프라와 전자기술력을 결합한 새로운 시장개척도 가능할 것으로 기대

우리 농업의 미래를 위해 더욱 중요한 기술개발

□ 정밀농업을 전면시행하지 않더라도 관련기술의 개발이 우리 농업 시스템을 바꾸는데 큰 역할을 할 수 있을 것으로 전망

○ 시설원예단지의 자동제어시스템, 과수원의 병해충예찰시스템 등 관련기술이 적용될 수 있는 분야는 매우 넓음

- 미래농업이라는 큰 그림을 그리기 위해 단계적으로 기술, 장비, 지원수단 등 퍼즐을 한 조각씩 맞추어 나가는 것이 수순

○ 정보처리, 자동화 농기계, 작업용 로봇 등의 개발을 위한 산학연 협력은 물론 사정이 비슷한 국가들과의 국제협력연구도 필요

□ 농업생산 여건들이 빠르게 악화되고 있는 상황을 고려할 때 우리나라가 정밀농업으로 진화해야하는 것은 선택이 아닌 필수

○ 일본이나 우리나라와 같이 산지가 많고 농가당 경작면적이 작은 나라들은 특화된 기술들이 필요

- 기술면에서는 큰 차이가 없으나 작은 면적에서는 오차 허용범위가 더 적어야 하며 비용절감을 고려해야하는 등 추가연구가 시급

* 예를 들면 인공위성, 항공사진 이외에도 경항공기, 무인헬기 등을 이용하여 해당 경지에 대한 정보를 보다 정확하게 수집하는 기술 등

- GPS, 수확량모니터링 등의 경우 EU·미국 것에 비해 정밀도나 수신감도 면에서 우월한 기술이라야 적용이 가능

○ 정밀농업 파생기술을 상품화하여 국제시장에서 경쟁해줄 기업들이 많다는 것도 매우 유리한 점

- 좁은 내수시장으로 인해 성장동력이 약했던 우리 농기계 분야에도 새로운 경쟁력을 더해줄 수 있는 호기(好期)

법·제도 차원의 지원이 정밀농업 활성화의 관건

□ 미국의 농업법에는 정밀농업에 대한 지원내용이 포함되어 있으며 일본도 농업농촌과 식량을 위한 기본법 내에 포함

○ 추후 중국, 동남아 등의 시장을 노릴 수 있는 벼 중심의 정밀 농업기술 개발 및 적용을 위한 제도적 뒷받침이 필요

○ 정밀농업기술을 도입한 농산물에는 투입된 기술, 발생한 환경 부하를 고려하여 좋은 농산물이라는 인증제 도입도 검토가 요망

- 현재의 이력추적제에 정밀농업으로 생산된 농산물에 대한 별도 표기를 포함하도록 하는 등 기존제도를 활용하는 방안이 현실적

이 자료는 농촌진흥청에서 복사하여 편집한 것입니다.

[이만영]

정보 감사하오며
수고하셨습니다.